(57)【要約】【課題】  非接触ＩＣカードのリーダおよび／またはライター装置において、共振周波数の調整を容易に行うとともに、その調整のための整合回路での損失を抑える。【解決手段】  リーダ装置１０の非接触ＩＣカード２０に対する共振周波数のずれを調整するにあたって、前記リーダコイル１１とは電気的に分離され、前記リーダコイル１１に磁気結合する別体の調整コイル１４および整合回路１５を設け、共振時インピーダンスの調整は２つのコイル１１，１４の巻数比で、前記共振周波数の調整は前記整合回路１５内のリアクタンス成分を調整するなどして行う。したがって、共振周波数付近のインピーダンスを調整しつつ、共振周波数の調整を行うことができ、調整を容易に行うことができる。また、リーダコイル１１側に整合回路１５を設けず、しかも調整のために抵抗成分を必要としないので、該整合回路１５での損失を最小限に抑えることができる。【選択図】      図１
2006146539.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送受信データの変復調を行う無線回路部と、非接触ＩＣカードへの給電および通信を行うための交流磁界を発生するリーダコイルとを備えて成る非接触ＩＣカードのリーダおよび／またはライター装置において、
前記リーダコイルとは別体に形成され、前記リーダコイルに磁気結合する調整コイルおよび前記磁気結合したコイルの共振周波数を調整するための整合回路を含むことを特徴とする非接触ＩＣカードのリーダおよび／またはライター装置。
【請求項２】
前記リーダコイルに流れる電流値を検出する電流検知部と、その検出電流値が最大になるように、前記整合回路を制御する制御部をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の非接触ＩＣカードのリーダおよび／またはライター装置。
【請求項３】
リーダコイル端でのリターンロスを検知するリターンロス検知部と、そのリターンロスが最小になるように、前記整合回路を制御する制御部をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の非接触ＩＣカードのリーダおよび／またはライター装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば入退室管理システム、自動改札システム、電子マネー等におけるＩＤカード、管理カード、定期券、回数券、キャッシュカード等の非接触ＩＣカードとの間で非接触で通信を行い、その非接触ＩＣカードの読取りと書込みとの少なくとも一方を行うリーダおよび／またはライター装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上述のような非接触ＩＣカードのリーダライター装置の一例は、たとえば特許文献１に示されている。そのリーダライター装置１００の構成を簡単に示すと、図８のようになる。リーダコイル１０４から送出される電波（磁束）を受波すると、非接触ＩＣカードのカード内コイルはカード内電源を生成し、その電源によってＩＣチップは能動化し、該ＩＣチップに記憶されている携行者を固別に識別するＩＤを前記カード内コイルからリーダライター装置へ返信する。その返信された信号は前記リーダコイル１０４で受波され、送受信データの変復調を行う無線回路１０２で前記ＩＤが復号化され、制御部１０１に与えられる。こうして制御部１０１は、リーダ装置の場合は前記ＩＤを読取り、ライター装置の場合はその読取ったＩＤに対応した信号を前記リーダコイル１０４から非接触ＩＣカードへ送信し、書込みを行わせる。
【０００３】
前記リーダコイル１０４に関連して、整合回路１０３が設けられており、この整合回路１０３は、リーダコイル１０４から効率よく電波を空間に送出するために、無線回路１０２から見た整合回路１０３とリーダコイル１０４とを含めた系の共振周波数を、通信に使用する周波数（キャリア周波数）と一致させ、無線回路１０２とインピーダンス整合するように、整合回路１０３内のリアクタンスを調整する。
【特許文献１】特開２００４−２１４８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような方法では、前記整合回路１０３とリーダコイル１０４とを含めた系のＱが高く、共振周波数付近のインピーダンスの変化が急峻で、調整が難しいという問題がある。また、リーダコイル１０４側に整合回路１０３を設けており、しかも共振時のインピーダンスの調整は、抵抗成分を設け、それを変化させて行うので、該整合回路１０３での損失が生じるという問題もある。
【０００５】
本発明の目的は、調整を容易に行うことができるとともに、整合回路での損失を抑えることができる非接触ＩＣカードのリーダおよび／またはライター装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の非接触ＩＣカードのリーダおよび／またはライター装置は、送受信データの変復調を行う無線回路部と、非接触ＩＣカードへの給電および通信を行うための交流磁界を発生するリーダコイルとを備えて成る非接触ＩＣカードのリーダおよび／またはライター装置において、前記リーダコイルとは別体に形成され、前記リーダコイルに磁気結合する調整コイルおよび前記磁気結合したコイルの共振周波数を調整するための整合回路を含むことを特徴とする。
【０００７】
上記の構成によれば、携行者を固有に識別するＩＤが登録されるＩＣチップに、リーダおよび／またはライター装置から送出される電波（磁束）を受波してカード内電源を生成する一方で、前記ＩＤをリーダおよび／またはライター装置へ返信するカード内コイルを備えて成る携行カード形態の非接触ＩＣカードの読取りと書込みとの少なくとも一方を行うリーダおよび／またはライター装置において、該リーダおよび／またはライター装置の非接触ＩＣカードに対する共振周波数のずれを調整するにあたって、リーダコイル側に調整のための構成を設けるのではなく、前記リーダコイルとは電気的に分離され、前記リーダコイルに磁気結合する別体の調整コイルおよび整合回路を設け、共振時インピーダンスの調整は２つのコイルの巻数比で、前記共振周波数の調整は前記整合回路内のリアクタンス成分を調整するなどして行う。
【０００８】
したがって、共振周波数付近のインピーダンスを調整しつつ、共振周波数の調整を行うことができ、調整を容易に行うことができる。また、リーダコイル側に整合回路を設けず、しかも調整のために抵抗成分を必要としないので、該整合回路での損失を最小限に抑えることができる。
【０００９】
また、本発明の非接触ＩＣカードのリーダおよび／またはライター装置は、前記リーダコイルに流れる電流値を検出する電流検知部と、その検出電流値が最大になるように、前記整合回路を制御する制御部をさらに備えることを特徴とする。
【００１０】
上記の構成によれば、電流検知部でリーダコイルに流れる電流値を検出し、その検出結果から、電流値が最大になるように制御部が整合回路を制御することで、最も効率良くリーダコイルから磁界電波が送出される状態を常に保つことができ、より安定した通信性能を確保できる。また、手動で整合回路の調整を行う必要が無くなるので、利便性を向上することもできる。
【００１１】
さらにまた、本発明の非接触ＩＣカードのリーダおよび／またはライター装置は、リーダコイル端でのリターンロスを検知するリターンロス検知部と、そのリターンロスが最小になるように、前記整合回路を制御する制御部をさらに備えることを特徴とする。
【００１２】
上記の構成によれば、リターンロス検知部でリーダコイル端でのリターンロス（入力電力の反射）を検出し、その検出結果から、リターンロスが最小になるように制御部が整合回路を制御することで、最も効率良くリーダコイルから磁界電波が送出される状態を常に保つことができ、より安定した通信性能を確保できる。また、手動で整合回路の調整を行う必要が無くなるので、利便性を向上することもできる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の非接触ＩＣカードのリーダおよび／またはライター装置は、以上のように、携行カード形態の非接触ＩＣカードの読取りと書込みとの少なくとも一方を行うリーダおよび／またはライター装置において、該リーダおよび／またはライター装置の非接触ＩＣカードに対する共振周波数のずれを調整するにあたって、リーダコイル側に調整のための構成を設けるのではなく、前記リーダコイルとは電気的に分離され、前記リーダコイルに磁気結合する別体の調整コイルおよび整合回路を設け、共振時インピーダンスの調整は２つのコイルの巻数比で、前記共振周波数の調整は前記整合回路内のリアクタンス成分を調整するなどして行う。
【００１４】
それゆえ、共振周波数付近のインピーダンスを調整しつつ、共振周波数の調整を行うことができ、調整を容易に行うことができる。また、リーダコイル側に整合回路を設けず、しかも調整のために抵抗成分を必要としないので、該整合回路での損失を最小限に抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の一形態に係る非接触ＩＣカードのリーダ装置１０の電気的構成を示すブロック図である。本発明は、非接触ＩＣカードのリーダ装置とライター装置との少なくとも一方の機能を有するものに適用することができ、以下の説明ではリーダ装置として説明する。
【００１６】
非接触ＩＣカード２０は、携行者を固有に識別するＩＤが登録されるＩＣチップ２１と、前記リーダ装置１０から送出される電波（磁束）を受波してカード内電源を生成する一方で、前記ＩＤをリーダ装置１０へ返信する電波（磁束）を返信するカード内コイル２２と、前記カード内コイル２２に並列に設けられる共振コンデンサ２３とを備えて構成される携行カード形態の非接触ＩＣカードである。
【００１７】
一方、リーダ装置１０は、送信電波（磁束）を発生するとともに、電波（磁束）を受信するリーダコイル１１と、送信信号の変調および受信信号の復調を行う無線回路１２と、前記無線回路１２からの信号を解析し、前記ＩＤの認識等を行うとともに、該リーダ装置１０の全体を制御する制御部１３と、前記リーダコイル１１とは電気的に分離され、前記リーダコイル１１に磁気結合する別体の調整コイル１４と、前記リーダコイル１１の共振周波数を調整するための整合回路１５とを備えて構成される。このリーダ装置１０は、必要に応じて非接触ＩＣカード２０へ書込みを行うライターとしての機能を有することもある。前記リーダコイル１１および無線回路１２を含む回路部分と、前記調整コイル１４および整合回路１５を含む回路部分とは、相互に独立した回路を構成している。
【００１８】
前記リーダコイル１１と調整コイル１４とは互いに磁気結合する位置に配置され、トランスのような状態となっている。このため、リーダコイル１１と調整コイル１４との巻数の比を変えることによって、無線回路１２から見たリーダコイル１１、調整コイル１４および整合回路１５を含む系の共振時インピーダンス値を任意に設定することが可能となる。また、整合回路１５内のリアクタンス値を変えることによって、無線回路１２から見たリーダコイル１１、調整コイル１４および整合回路１５を含む系の共振周波数を任意に設定することが可能となる。
【００１９】
図２は、前記整合回路１５の一構成例である整合回路１５ａを示すブロック図である。この整合回路１５ａは、相互に並列に配置されるキャパシタ１６および各キャパシタ１６に直列に接続されるスイッチ１７を備えて構成されており、各キャパシタ１６は前記調整コイル１４とＬＣ並列共振回路を構成する。前記スイッチ１７は、前記制御部１３によって選択的にＯＮされる。前記制御部１３内には、必要なキャパシタンス値を実現するスイッチ１７の組合わせの一覧が予め記憶されている。
【００２０】
したがって、各スイッチ１７のＯＮ／ＯＦＦの組合わせによって、整合回路１５全体のキャパシタンス値を自在に変更することが可能になっている。各キャパシタ１６は、相互に等しいキャパシタンス値に形成されていてもよく、または所定の重みを有するキャパシタンス値に形成されていてもよい。また、スイッチ１７は、択一的にＯＮされてもよいが、複数が同時にＯＮされ、キャパシタンス値が合成されるようになっていてもよい。
【００２１】
図２では、スイッチ１７とキャパシタ１６とをそれぞれ５個ずつ用いており、スイッチ１７のＯＮ／ＯＦＦによる組合わせは、２５＝３２通りであるが、これに限定するものでは無い。スイッチ１７およびキャパシタ１６の数を増やせば、組合わせの数を更に増やすことが出来、よりきめ細かな制御が可能となる。
【００２２】
一方、図３は、前記整合回路１５の他の構成例である整合回路１５ｂを示すブロック図である。この整合回路１５ｂは、前記調整コイル１４とＬＣ並列共振回路を構成する可変容量ダイオード１８から成る。可変容量ダイオード１８は、ｐｎ接合に逆方向の電圧を印加すると、端子間のキャパシタンスが逆電圧の大きさによって変化するダイオードであり、制御部１３でこの逆電圧を制御することによって、整合回路１５ｂのキャパシタンス値を一定の範囲内で変化させることができる。
【００２３】
上述のように構成されるリーダ装置１０において、共振周波数の調整は、たとえば食堂等での決済などで既に使用されている社員証としての非接触ＩＣカード２０を用いて、新たに入退室の管理用として該リーダ装置１０を設置する場合のように、メーカにおいて該リーダ装置１０に設定されている共振周波数と、既に使用されている非接触ＩＣカード２０の共振周波数との微妙な合せ込みのために行われる。その手順は、以下のとおりである。
【００２４】
リーダ装置１０の板状のリーダコイル１１上に、透磁性の部材を介して非接触ＩＣカード２０を搭載するなどして、該非接触ＩＣカード２０のカード内コイル２２とリーダコイル１１とをある一定の距離に保つ。その状態で、前記制御部１３が、前記スイッチ１７のＯＮ／ＯＦＦや可変容量ダイオード１８の印加電圧を制御することで、整合回路１５内のキャパシタンス値の調整を行い、共振周波数を調整する。このとき、リーダコイル１１とカード内コイル２２とは磁気結合しており、リーダコイル１１、調整コイル１４および整合回路１５を含む系だけでなく、さらに非接触ＩＣカード２０を含んだ系の共振周波数を調整することになる。その共振周波数を通信に使用する周波数（キャリア周波数）に一致させることによって、実際に通信を行う位置に前記非接触ＩＣカード２０を配置したときに、最も効率良くリーダコイル１１から電波が送出され、より安定した通信性能を確保することができる。
【００２５】
以上のように、非接触ＩＣカード２０の読取りを行うリーダ装置１０において、該リーダ装置１０の非接触ＩＣカード２０に対する共振周波数のずれを調整するにあたって、リーダコイル１１とは電気的に分離され、前記リーダコイル１１に磁気結合する別体の調整コイル１４および整合回路１５を設け、２つのコイル１１，１４の巻数比で共振周波数付近のインピーダンスを調整しつつ、前記整合回路１５のリアクタンス値で前記共振周波数を調整することで、調整を容易に行うことができる。また、リーダコイル１１側に整合回路１５を設けず、しかも整合回路１５に抵抗成分が設けられておらず、損失を低減することもできる。
【００２６】
［実施の形態２］
図４は、本発明の実施の他の形態に係る非接触ＩＣカードのリーダ装置３０の電気的構成を示すブロック図である。このリーダ装置３０は、前述のリーダ装置１０に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、このリーダ装置３０では、リーダコイル１１に流れる電流値を検出する電流検知部３１を設け、その検知結果に応答して、制御部１３’は電流値が最大になるように、整合回路１５’のキャパシタンス値を自動的に変化させ、無線回路１２とリーダコイル１１との整合を最適に保つことである。
【００２７】
図５は、前記電流検知部３１の一構成例である電流検知部３１ａを示すブロック図である。この電流検知部３１ａは、方向性結合器３２と、検波回路３３と、アナログ／デジタル変換器３４と、マイコン３５とを備えて構成される。前記リーダコイル１１に流れる電流の一部は、方向性結合器３２で分岐され、検波回路３３で整流されて、アナログ／デジタル変換器３４においてデジタル値に変換されてマイコン３５に入力され、処理される。こうして求められた電流値が前記制御部１３’に入力される。なお、マイコン３５の処理を制御部１３’が行うようにしてもよい。
【００２８】
このように構成することで、最も効率良くリーダコイル１１から電波が送出される状態を常に保つことができ、より安定した通信性能を確保することができる。また、手動で整合回路１５の調整を行う必要が無くなるので、利便性を向上することもできる。
【００２９】
［実施の形態３］
図６は、本発明の実施のさらに他の形態に係る非接触ＩＣカードのリーダ装置４０の電気的構成を示すブロック図である。このリーダ装置４０は、前述のリーダ装置３０に類似している。注目すべきは、このリーダ装置４０では、リーダコイル１１に入力された電力のうち、実際にはリーダコイル１１には流れずにリーダコイル１１の入力端で反射し、損失となる電力（リターンロス）を検知するリターンロス検知部４１を設け、その検知結果に応答して、制御部１３''はリターンロスが最小になるように、整合回路１５''のキャパシタンス値を自動的に変化させ、無線回路１２とリーダコイル１１との整合を最適に保つことである。
【００３０】
図７は、前記リターンロス検知部４１の一構成例であるリターンロス検知部４１ａを示すブロック図である。このリターンロス検知部４１ａは、サーキュレータ４２，４３と、方向性結合器４４と、検波回路４５と、アナログ／デジタル変換器４６と、マイコン４７とを備えて構成される。前記サーキュレータ４２，４３と、方向性結合器４４とは、閉ループを形成しており、無線回路１２からの電流は、サーキュレータ４２，４３を通してそのままリーダコイル１１に流れ、これに対してリーダコイル１１で反射した電流は、サーキュレータ４３、方向性結合器４４およびサーキュレータ４２を通して無線回路１２へ戻る。
【００３１】
この際、反射電流の一部は、方向性結合器４４で分岐され、検波回路４５で整流されて、アナログ／デジタル変換器４６においてデジタル値に変換されてマイコン４７に入力され、処理される。こうして求められた反射電流値が前記制御部１３''に入力される。なお、マイコン４７の処理を制御部１３''が行うようにしてもよい。
【００３２】
このように構成してもまた、最も効率良くリーダコイル１１から電波が送出される状態を常に保つことができ、より安定した通信性能を確保することができる。また、手動で整合回路１５の調整を行う必要が無くなるので、利便性を向上することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の一形態に係る非接触ＩＣカードのリーダ装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図２】図１で示すリーダ装置における整合回路の一構成例を示すブロック図である。
【図３】図１で示すリーダ装置における整合回路の他の構成例を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の他の形態に係る非接触ＩＣカードのリーダ装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図５】図４で示すリーダ装置における電流検知部の一構成例を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施のさらに他の形態に係る非接触ＩＣカードのリーダ装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図７】図６で示すリーダ装置におけるリターンロス検知部の一構成例を示すブロック図である。
【図８】従来の非接触ＩＣカードのリーダライター装置の一構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０，３０，４０    非接触ＩＣカードのリーダ装置
１１    リーダコイル
１２    無線回路
１３，１３’，１３''    制御部
１４    調整コイル
１５，１５’，１５''，１５ａ，１５ｂ    整合回路
１６    キャパシタ
１７    スイッチ
１８    可変容量ダイオード
２０    非接触ＩＣカード
２１    ＩＣチップ
２２    カード内コイル
２３    共振コンデンサ
３１，３１ａ    電流検知部
３２，４４    方向性結合器
３３，４５    検波回路
３４，４６    アナログ／デジタル変換器
３５，４７    マイコン
４１，４１ａ    リターンロス検知部
４２，４３    サーキュレータ
【図１】
2006146539.tif 000003
【図２】
2006146539.tif 000004
【図３】
2006146539.tif 000005
【図４】
2006146539.tif 000006
【図５】
2006146539.tif 000007
【図６】
2006146539.tif 000008
【図７】
2006146539.tif 000009
【図８】
2006146539.tif 000010